釩鋁合金是制備含釩鈦合金的重要中間合金，金屬釩的加入可以細(xì)化晶粒，提高鈦合金的塑性，有利于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航空航天器部件成型[1-3]。近年國產(chǎn)大飛機等飛行器的量產(chǎn)，高品質(zhì)的釩鋁合金需求將會驟增。由于我國鈦工業(yè)起步較晚，釩鋁合金的生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟，航空航天級釩鋁合金均依賴進(jìn)口，因而制備出高品質(zhì)釩鋁合金是現(xiàn)階段鈦工業(yè)迫切需要解決的難題。

1. 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

鈦合金用釩鋁合金的質(zhì)量要求是：純度高、成分均勻、夾雜少。從使用情況看，AlV55、AlV65是國內(nèi)最為常用的釩鋁合金，AlV55多應(yīng)用在民用鈦合金領(lǐng)域，而AlV65多應(yīng)用在航空航天鈦合金中。

2. 釩鋁合金的制備工藝

釩鋁合金的傳統(tǒng)制備工藝有一步法、兩步法和真空法，近年也出現(xiàn)了在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上的一些新的方法如電鋁熱法、微波法等。

2.1 一步法（鋁熱法）

一步法即爐外法，使用五氧化二釩（V2O5）和鋁粉（Al）作為主要原料，選擇性添加氧化鈣（CaO）或氟化鈣（CaF2）等造渣劑、發(fā)熱劑混合料裝入反應(yīng)容器，在大氣常壓下進(jìn)行鋁熱反應(yīng)實現(xiàn)釩鋁合金的生產(chǎn)。一步法是目前最簡單的釩鋁合金生產(chǎn)工藝，具有生產(chǎn)規(guī)模大、設(shè)備簡單的優(yōu)點。但此法生產(chǎn)的釩鋁合金回收率偏低，均勻性差，雜質(zhì)含量高，尤其是氣體雜質(zhì)（O、N）含量高，氧（O）含量為1%～2%甚至更高，同時在生產(chǎn)過程有大量煙霧排入大氣，環(huán)境污染嚴(yán)重。

2.2 兩步法

兩步法即鋁熱還原與真空感應(yīng)熔煉結(jié)合法，是在一步法的基礎(chǔ)上進(jìn)行真空加鋁二次提純。兩步法釩鋁合金需要先經(jīng)過一步法獲得含釩85%以上的合金，然后在真空感應(yīng)爐里進(jìn)行二次熔煉，熔煉時加入Al粉獲得不同含釩量的釩鋁合金，同時鋁的加入也進(jìn)一步降低了氧含量。此工藝最早由德國電冶金公司在1950年提出，優(yōu)點是制備出的產(chǎn)品純度高、成分均勻、致密，氮、氧指標(biāo)明顯降低，氧含量能降低到0.06%。但兩步法工藝流程延長，設(shè)備上增加了造價不菲的真空熔煉設(shè)備，生產(chǎn)成本相應(yīng)增加，單爐次產(chǎn)量也較低。

2.3 真空法（自燃燒法）

真空法是在真空條件下進(jìn)行的一步法工藝，避免了坩堝雜質(zhì)帶入，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，但受限于設(shè)備產(chǎn)能，不利于大規(guī)模穩(wěn)定化生產(chǎn)。

真空法是將烘干的V2O5和 Al粉混合并在低真空環(huán)境下點燃制取 AlV55 中間合金的工藝方法。真空法的造渣劑是CaO或CaF2，引燃劑是金屬Mg和粉狀KClO3（KClO3在常溫下穩(wěn)定，在400 ℃以上則分解并放出氧氣），爐襯選用高純石墨。由于反應(yīng)過程中燃燒速度可控性差，容易發(fā)生爆噴現(xiàn)象，因此在混料后增加壓制工序，增大了坯料密度，降低了反應(yīng)速度，同時也增加了單爐產(chǎn)量。真空法使用的石墨坩堝除了壽命短外，使用不當(dāng)還容易污染產(chǎn)品，引入新雜質(zhì)。真空法生產(chǎn)的釩鋁合金純度高于鋁熱法，在成本上也低于兩步法。但是工藝中僅憑借反應(yīng)自身的放熱來維持合金與熔渣的分離，而且無法控制熱量的穩(wěn)定釋放，反應(yīng)過程中存在爆噴現(xiàn)象，影響渣與合金的有效分離。因此所制產(chǎn)品的純度很大程度上受合金與渣分離速度和時間的限制。

2.4 電鋁熱法

電鋁熱法是在鋁熱法的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種新型熱還原方法，電鋁熱法是用電來彌補金屬熱反應(yīng)放熱不足部分的熱能。電鋁熱法可以使反應(yīng)持續(xù)保持高溫狀態(tài)，使反應(yīng)進(jìn)行的更徹底、更穩(wěn)定。傳統(tǒng)鋁熱法冶煉產(chǎn)生的爐渣含有較高的Al2O3，黏度高的爐渣帶走少量金屬使回收率降低，需要重熔回收利用金屬廢料。而使用電能則容易控制和提高金屬和爐渣溫度，從而使合金爐渣充分分離，降低合金中的雜質(zhì)含量，使合金成分更均勻，降低進(jìn)入爐渣的金屬損失。同時電鋁熱法可以使用不同粒度的原料，放寬了生產(chǎn)原料選擇范圍。電鋁熱法單爐冶煉量比較大，組批后產(chǎn)品的均一性大大提高。

2.5 微波法

微波是一種能量形式，但在介質(zhì)中可以轉(zhuǎn)化為熱量而用于加熱。微波加熱可以使介質(zhì)內(nèi)、外部同時升溫，不存在溫度梯度，且避免了介質(zhì)分布不均造成的過熱現(xiàn)象。有一些學(xué)者研究利用微波加熱方法制備釩鋁合金[9]。微波法以 V2O5和Al為原料，用微波預(yù)熱后采用引燃劑引燃，待反應(yīng)結(jié)束后再次進(jìn)行微波加熱。微波加熱有效提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，得到的產(chǎn)物中非金屬夾雜物顆粒已經(jīng)很少。微波法雖然仍需進(jìn)一步擴展和驗證，但是由于具有節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點，其作為實現(xiàn)綠色工藝的手段之一而受到人們的廣泛重視。